备忘录模式（Memento Pattern）

目录

1. 备忘录模式简介
2. 备忘录模式的结构
3. 备忘录模式的优缺点
4. 备忘录模式的实现
   • 4.1 Python 示例
5. 备忘录模式的应用场景
6. 出站链接
7. 站内链接
8. 参考资料

1. 备忘录模式简介

备忘录模式（Memento Pattern） 是一种行为型设计模式，旨在保存对象的内部状态，并且在不暴露对象实现细节的情况下，能够恢复到先前的状态。这个模式通常用于需要进行状态回退或撤销操作的场景。

为什么使用备忘录模式？

• 状态回滚：当对象的状态发生变化时，如果需要在某些时刻恢复到之前的状态，备忘录模式非常适用。
• 封装对象状态：避免直接暴露对象的内部状态和实现细节，通过备忘录来实现状态的保存和恢复。
• 提供撤销功能：在例如编辑器、游戏中，经常需要进行撤销操作，备忘录模式能够有效实现这一功能。

典型应用

• 文本编辑器中的撤销操作：用户在编辑文本时，可以通过备忘录模式记录每一步的文本状态，实现在点击撤销时恢复到之前的文本状态。
• 游戏中的存档功能：保存游戏状态，玩家可以随时恢复到某个存档点。
• 版本控制系统：在开发过程中，备忘录模式用于保存文件的历史版本。

2. 备忘录模式的结构

备忘录模式涉及以下几个角色：

UML 类图

┌──────────────────┐
│   Originator     │  (发起人)
│  + create_memento()│
│  + set_state()    │
│  + get_state()    │
└─────────▲────────┘
          │
┌──────────────────┐
│    Memento       │  (备忘录)
│  + get_state()   │
└─────────▲────────┘
          │
┌──────────────────┐
│   Caretaker      │  (管理者)
│  + save()        │
│  + restore()     │
└──────────────────┘

3. 备忘录模式的优缺点

✅ 优点

1. 封装性：备忘录模式能保护对象的状态不被外界直接访问或修改，使得状态的保存和恢复更为安全。
2. 历史记录管理：可以记录对象的多个状态，并允许随时恢复，尤其适用于需要撤销、重做操作的场景。
3. 不暴露实现细节：备忘录模式能够有效地隐藏对象的内部状态实现，外部无法知道对象的状态是如何被保存和恢复的。

❌ 缺点

1. 增加内存消耗：每次保存状态都会创建一个新的备忘录对象，若状态较多或频繁保存状态，可能会占用大量内存。
2. 复杂度较高：管理备忘录对象可能会增加程序的复杂性，特别是在状态多且变化频繁时。
3. 难以支持大型对象的备份：对于大型对象，备份和恢复的开销可能会很高，影响性能。

4. 备忘录模式的实现

4.1 Python 示例

场景：假设我们有一个简单的文本编辑器，允许用户输入文本并且撤销修改。我们将使用备忘录模式来保存文本的状态。

# 1. 备忘录类：保存发起人的状态
class Memento:
    def __init__(self, state):
        self.state = state

    def get_state(self):
        return self.state

# 2. 发起人类：创建和恢复备忘录
class Originator:
    def __init__(self):
        self.state = ""

    def set_state(self, state):
        print(f"State set to: {state}")
        self.state = state

    def get_state(self):
        return self.state

    def create_memento(self):
        return Memento(self.state)

    def restore(self, memento):
        self.state = memento.get_state()
        print(f"State restored to: {self.state}")

# 3. 管理者类：保存和恢复备忘录
class Caretaker:
    def __init__(self):
        self.mementos = []

    def save(self, memento):
        self.mementos.append(memento)

    def restore(self):
        if self.mementos:
            return self.mementos.pop()

# 4. 客户端代码
if __name__ == "__main__":
    # 创建发起人、管理者
    editor = Originator()
    caretaker = Caretaker()

    # 编辑状态并保存
    editor.set_state("Hello, world!")
    caretaker.save(editor.create_memento())

    editor.set_state("Hello, Memento!")
    caretaker.save(editor.create_memento())

    # 恢复之前的状态
    editor.restore(caretaker.restore())  # 恢复为"Hello, world!"
    editor.restore(caretaker.restore())  # 恢复为""

输出结果：

State set to: Hello, world!
State set to: Hello, Memento!
State restored to: Hello, world!
State restored to: 

在这个例子中，Originator 类是文本编辑器，它持有文本的状态，并且能创建和恢复备忘录。Memento 类保存编辑器的状态，而 Caretaker 类负责管理和恢复备忘录对象。用户可以通过调用 restore 方法恢复先前的文本状态。

5. 备忘录模式的应用场景

适用于以下情况

1. 撤销操作：
   • 当应用程序需要实现撤销功能（如文本编辑器、绘图软件）时，可以使用备忘录模式来保存历史状态并进行恢复。
2. 状态恢复：
   • 对于一些对象，其内部状态变化较多，并且需要在某些时刻恢复到之前的状态，备忘录模式能够有效地帮助实现这一功能。
3. 游戏存档：
   • 在游戏中，玩家的操作会改变游戏的状态。备忘录模式能够保存玩家的进度，允许玩家在必要时恢复游戏到先前的状态。
4. 版本控制：
   • 在版本控制系统中，备忘录模式可以用来保存文件或项目的历史版本，便于用户回溯和恢复。

真实案例

• 文本编辑器：
  • 在 Microsoft Word 或其他文本编辑器中，用户可以通过撤销操作来回到之前的文本状态。每次修改文本时，都会保存一个备忘录，供用户恢复。
• 图形编辑软件：
  • 在图形设计软件中，每次用户做出改变（如绘制图形、改变颜色等），都可以通过备忘录模式保存状态，提供撤销和重做功能。
• 游戏存档：
  • 游戏中的每个关卡或进度点都可以通过备忘录模式保存，玩家可以在不同的时刻恢复进度。

6. 出站链接

• Refactoring Guru – Memento Pattern
• GeeksforGeeks – Memento Pattern

7. 站内链接

• 责任链模式
• 命令模式
• 状态模式

8. 参考资料

• Gamma, E., Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software (1994).
• Freeman, E., Head First Design Patterns (2004).

总结

• 备忘录模式允许对象保存其内部状态，并在需要时恢复到之前的状态，通常用于实现撤销、历史记录和状态恢复功能。
• 适用于需要频繁保存和恢复对象状态的场景，如文本编辑器、图形编辑软件、游戏等。
• 虽然备忘录模式有效封装了对象状态并避免暴露实现细节，但可能会引入额外的内存和性能开销，特别是在需要频繁保存状态时。

如果你有更多问题或希望进一步探讨，欢迎继续交流！🚀